[发明专利]用于光学相干断层扫描成像仪的数字转换器在审

专利信息
申请号: 201880087659.1 申请日: 2018-01-26
公开(公告)号: CN111699358A 公开(公告)日: 2020-09-22
发明(设计)人: D·埃比歇尔;P-F·迈斯特;T·布拉塞尔 申请(专利权)人: 爱科瑞思股份有限公司
主分类号: G01B9/02 分类号: G01B9/02
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 陈晓;申屠伟进
地址: 瑞士普*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 用于 光学 相干 断层 扫描 成像 数字 转换器
【说明书】:

一种用于扫频源光学相干断层扫描(SS‑OCT)成像系统的数字转换器和处理器设备,包括:输入端,其被配置成接收OCT信号;控制输入端,其被配置成接收k时钟信号;组合器单元(130),其接收OCT信号和k时钟信号,被配置成输出复合信号;数字化单元(60),其被布置成将复合信号转换成数字复合信号(69);数据处理单元(70),其被布置成基于数字复合信号(69)来确定生成OCT信号的样本中的光密度的轮廓。

技术领域

在实施例中,本发明涉及用于光学相干断层扫描成像系统的电子数字转换器。

背景技术

光学相干断层扫描(OCT)是新兴的成像技术,其允许不透明结构中的亚毫米和微米结构的空间重构。该成像技术已用于若干生物学和临床应用,包括眼科学(可能是最成熟的用例)、肠胃病学、心脏病学、肿瘤学、外科手术内成像以及许多其他应用,包括非生物应用。

OCT成像基于密集的数字信号处理技术,并且与先进的光学系统一起需要具有特定架构和创新算法的强大信号处理平台。

OCT使用例如具有经典迈克尔逊结构的光学干涉仪与低相干光源相结合来分析样本中通常具有生物性质的表面下的结构。

早期的OCT实现方式基于机械路径长度扫描。在这些被称为时域OCT或TD-OCT的系统中,通过线性移动(例如,迈克尔逊型)干涉仪的参考臂的反射镜来获得干涉图样,使得当参考路径长度由于样本中的反射而与光路相匹配时,获得干涉图样。轴向分辨率由光源的相干长度确定,并且通常为微米级。

在傅里叶域光学相干断层扫描(FD-OCT)中,从样本反向散射的光与参考光以固定的群延迟混合。样本中不同深度处的反射在干涉光谱中生成振荡。这些振荡的频率与原始反射的延迟或与光路相关联,使得干涉光谱的傅立叶逆变换提供深度扫描信息。

光谱域OCT(也被称为SD-OCT)使用具有短时间相干性的宽带光源(往往是超发光的发光二极管:SLED),以及通过使用光谱仪(例如,衍射光栅)测量干涉仪的检测臂中的光谱密度而获得的深度。光谱图往往由线光探测器收集,并且样本的深度分辨结构可以通过对光谱图进行傅立叶变换来得出。

另一个最近的实现方式(被称为扫频源OCT或SS-OCT)用扫频光源代替了宽带源。在这些仪器中,信号的光谱分量被在时间上分辨;干涉仪的检测臂配备有单个检测器和高速ADC,而不是配备有光谱仪,这在大小、速度、性能和成本上都具有显著优势。

一般而言,用于OCT的扫频源是可调谐激光器,其被特别设计成允许高速扫描。当前的SS-OCT源达到100 nm的波长扫描范围,具有的重复率为100 kHz,并且瞬时线宽为100pm或更佳。扫描周期通常被表示为“A扫描”,因为它提供了有关样本中的轴向轮廓的信息,而术语“B扫描”和“C扫描”指示光束相对于样本的运动,以采集样本的一切片,相应地,一体积中的光密度。

在SS-OCT系统中,通过在干涉仪检测臂处检测到的信号的光谱密度来获得样本中的轴向轮廓,如果采样点被以光波数k线性隔开,则可以通过对数字化信号进行数字傅里叶变换操作来容易地获得样本中的轴向轮廓。大多数源都无法产生扫描,在所述扫描中,瞬时波数k是时间的线性函数,并且已经想出多种多样的硬件和软件解决方案来解决此缺点。大多地,它们涉及参考信号(被表示为k时钟)的生成,该参考信号与源的光波数(或等效地,光频率)一起变化。可以利用干涉仪(例如,马赫-曾德尔干涉仪)和光检测器、或通过其他已知技术来获得k时钟信号。

已知使用高频k时钟信号来为ADC转换器提供时钟,使得与k时钟的振荡同步地对OCT信号进行采样。这确保了OCT信号的样本在k空间中均匀隔开(尽管它们的时间分布并不均匀)。然而,该技术的缺点在于,k时钟信号的时间频率应该至少为OCT信号中最高感兴趣分量的时间频率的两倍。

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